3.差錯檢測和控制

 

差錯控制方式基本上分為兩類，一類稱為“反饋糾錯”，另一類稱為“前向糾錯”。在這 兩類基礎上又派生出一種稱為“混合糾錯”。對于不同類型的信道，應采用不同的差錯控制技術，否則就將事倍功半。反饋糾錯可用于雙向數(shù)據(jù)通信，前向糾錯則用于單向數(shù)字信號的傳輸，例如廣播數(shù)字電視系統(tǒng)，因為這種系統(tǒng)沒有反饋通道。

 

數(shù)據(jù)鏈路層還負責差錯檢測和控制。一種差錯控制的方法是檢測差錯，然后請求重傳。另一種方法是接收器檢測出一個差錯，然后重建幀。后一種方法需要隨幀發(fā)送足夠的附加信息，以便在檢測出差錯后接收器可以重建幀。當不可能重傳(如將信息傳輸?shù)胶教焯綔y器)時使用該方法。

 

在數(shù)據(jù)鏈路層中執(zhí)行差錯恢復任務通常是效率很低的。這樣很多網絡實施依靠上層協(xié)議完成該任務。在大多數(shù)情況下，數(shù)據(jù)鏈路層用于盡可能快速并有效地傳遞數(shù)據(jù)，而不執(zhí)行大量的數(shù)據(jù)恢復任務。上層協(xié)議則提供了恢復服務。

 

4.流控制

 

流量控制是在計算機之間和網絡結點之間控制數(shù)據(jù)流量以達到數(shù)據(jù)同步的目的的。在設備能夠處理前過多的數(shù)據(jù)到達會引起數(shù)據(jù)的拋棄或數(shù)據(jù)重發(fā)。對于串行數(shù)據(jù)傳輸，采用Xon/Xoff協(xié)議進行控制。在網絡中，流量控制也參與加入新設備，當流量大時，不能加入新設備。

 

可以將數(shù)據(jù)傳輸想象為流經管道并在接收端注滿水桶的水流。接收者從水桶取水，但需要一些方法減少水流以使水桶不會溢出。在這個比喻中，水桶代表接收器使用的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，該緩沖區(qū)保存輸入的必須被處理的數(shù)據(jù)。一些NIC(網絡接口卡)上的緩沖區(qū)大得足可以裝下整個輸入的傳輸。如果緩沖區(qū)溢出，則幀通常被丟掉，因此接收器使用一些方法告訴發(fā)送器降低發(fā)送幀的速度或停止發(fā)送將會很有用。

 

共享LAN的網絡接入和邏輯鏈路控制接入方法對于由多個設備共享的網絡是必需的。因為一時間只有一個設備可以在網絡上進行傳輸，所以需要一種媒體接入控制方法來提供仲裁。

 

在由IEEE定義的局域網絡環(huán)境中，媒體接入?yún)f(xié)議位于稱為MAC(媒體接入控制)子層的數(shù)據(jù)鏈路層的子層。MAC子層位于LLC子層的下方，LLC子層對于任意在其下方安裝的MAC驅動程序都提供了數(shù)據(jù)鏈路。在下圖中可以看到該層的子分區(qū)

 

圖示 數(shù)據(jù)鏈路層包括兩個子層:MAC (媒體訪問控制)和LLC(邏輯鏈路控制)

 

MAC子層支持各種不同的網絡類型，其中每種類型都有一種仲裁網絡接入的特定方法。三種可能的接入方法如下：

 

載波監(jiān)聽方法 載波監(jiān)聽技術即發(fā)送站點在發(fā)送幀之前，先要監(jiān)聽信道上是否有其他站點發(fā)送的載波信號，若無其他載波，可以發(fā)送信號;否則，推遲發(fā)送幀。使用該技術，設備監(jiān)聽網絡傳輸，并等待直到線路空閑出來以傳輸它們自己的數(shù)據(jù)。如果兩個站試圖同時進行傳輸，則兩個站都退出并等待一段長短不定的時間，然后重發(fā)。

 

令牌訪問 令牌是在令牌環(huán)、令牌總線和光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)網絡中控制網絡訪問的特殊分組。令牌環(huán)構成了邏輯環(huán)，其中每個傳輸沿環(huán)從一個站到另一個站行進。只有擁有特殊令牌的站才可以進行傳輸。

 

預留方法 在該方案中，每個傳輸設備都有一個分配給它的特定的時隙或頻率。TDM(時分復用)就是一個實例。設備可以有選擇地將數(shù)據(jù)放入時隙中進行傳輸。如果設備不傳輸任何數(shù)據(jù)，則該技術可能會浪費帶寬。

 

5.橋接

 

“橋接”，是指依據(jù)OSI網絡模型的鏈路層的地址，對網絡數(shù)據(jù)包進行轉發(fā)的過程。當路由器配置了橋接選項后，會處理所有接口上的所有的數(shù)據(jù)幀，并實時調查每個主機的位置。若在某個接口上收入一個幀，就會在一個橋接內置入一個條目，列出發(fā)送數(shù)據(jù)的主機和接收到數(shù)據(jù)幀的接口MAC地址，這樣路由表就被不斷地在通信中完善起來。透明橋接使路由器對主機來講是透明的，其作用就相當于一個局域網交換機。若是同一個LAN內的兩個主機通信，數(shù)據(jù)幀就不會被發(fā)送到其它的接口，因為在橋接表里，數(shù)據(jù)幀都來自相同的接口;若是收到一個幀，而其中的MAC地址不在自己的橋接表里，就會將這個幀擴散到所有的接口，橋接還會擴散所有的廣播包，占用網絡的有效帶寬，造成網絡的堵塞。Cisco IOS支持多種類型的橋接，比如：透明橋接、封裝橋接、源路由橋接、源路由透明橋接、源路由轉換橋接。

 

網橋是一種將兩個或更多的網段連接為一個單獨LAN的設備。新連接的LAN上的所有設備可以互相通信，但是網橋提供了過濾功能，可以阻止不必要的通信從一個網段傳播到其他網段。網橋通常用于將一個大型的LAN分隔成兩個單獨的網段。如果LAN是以太網，則網橋創(chuàng)建一個廣播域和兩個沖突域。在以太網中，沖突域具有較少的計算機比較好，這樣有利于用網橋劃分網絡。請注意，交換機基本上是多端口網橋。

 

6.交換

 

正如上面提到的，網橋可以用于將一個LAN分成兩個網段，這兩個網段又有效地產生兩個較小的沖突域。交換機是基于這個理論擴展的設備。網橋通常有兩個端口連接兩個LAN網段，而交換機有一組端口，可以連接更多的網段。下圖闡釋了交換機如何提供用于多個集線器的橋接功能。每個集線器都有一個沖突域，但是圖中所示的整個網絡是一個單獨的廣播域。每個交換機端口基本上是一個可以通過交換機中的內部電路隨時“橋接”到其他任何端口的單獨LAN網段。

 

圖示 一個交換網絡

 

橋接的所有優(yōu)點如前面部分所述。

 

大多數(shù)交換設備提供了配置VLAN(虛擬LAN)的方法。在用交換機建立網絡時，有一種建立大型平坦網絡而不是多個不同的 LAN(即所有的節(jié)點是同一廣播網絡的一部分)的傾向。VLAN技術可以用于在平坦交換環(huán)境中創(chuàng)建虛擬LAN。例如，如果用具有VLAN功能的交換機替代上圖中的集線器，則工作站A和D可以配置到一個VLAN中;而工作站B、E和H可以配置到另一個VLAN中。來自A的廣播可以被D接聽到，而來自B的廣播可以被E和H接聽到。然后需要一個路由器以發(fā)送VLAN之間的數(shù)據(jù)分組。

 

7.路由選擇、網絡互聯(lián)和網絡層

 

盡管網橋將兩個分離的LAN網段連接為一個單獨的廣播域(或將一個大的LAN拆分成兩個或更多的不同沖突域)，路由器還是提供了網絡互聯(lián)的功能。在網橋級上，信息以幀(幀在數(shù)據(jù)鏈路層中定義)的形式發(fā)送到其他系統(tǒng)中。在路由器級上，信息必須被封裝在包含目的網絡地址的數(shù)據(jù)分組內，然后通過路由器邊界轉發(fā)。路由器將網絡連接到互聯(lián)網中。

 

有時，通過在地址下方寫下具體地址和單詞“市”可以將信件郵寄到同一城市中的某個人那里。但是如果信件有一個“城市間”地址，則將需要在信封上寫下城市名和ZLP編碼(郵政區(qū)號)。同樣，互聯(lián)網絡由很多互相連接的網絡組成。因特網是最大的互聯(lián)網絡。若要在不同的網絡之間發(fā)送數(shù)據(jù)分組，則需要分層的命名方案，其中，以用于路由目的的名稱或數(shù)字識別每一個網絡。ZLP編碼方案在郵政系統(tǒng)中就起這樣的作用。IP(網際協(xié)議)則是互聯(lián)網絡的尋址和路由選擇協(xié)議。

 

在下圖中，LAN被連接到路由器上并且路由器組成了相互連接的路徑網，數(shù)據(jù)分組可以通過路徑網行進到它們的目的地。注意可以從任意其他點到達網絡中的任意路由器和所連接的LAN。

 

圖示 路由器用來創(chuàng)建多連接點和多路徑的網絡有關網絡

 

8.傳輸層

 

服務傳輸層提供了面向連接服務。這意味著兩個系統(tǒng)可以建立一個會話，通過會話它們進行有關數(shù)據(jù)交換狀態(tài)的“對話”。雖然建立連接花費一些時間并增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊恍╅_銷，但是它向發(fā)送器提供了保證接收器接收到全部已發(fā)送數(shù)據(jù)的服務。發(fā)送器發(fā)送一組數(shù)據(jù)分組，然后接收器確認它已經接收了該數(shù)據(jù)分組。如果接收器未對接收作出確認，則發(fā)送重傳數(shù)據(jù)分組。會話控制還提供流控制以防止接收器溢出或在某些情況下網絡溢出。

 

下圖闡釋了傳輸層會話如何成為跨越中間設備的(如路由器)邏輯端對端連接。兩個對等的傳輸層通過面向連接的虛擬線路進行對話。　　　　　　　　　　　　　　　　　 

 

圖示 傳輸層能夠從事網間的端對端轉換

 

傳輸層的功能包括是否選擇差錯恢復協(xié)議還是無差錯恢復協(xié)議，及在同一主機上對不同應用的數(shù)據(jù)流的輸入進行復用，還包括對收到的順序不對的數(shù)據(jù)包的重新排序功能。例如：TCP，UDP，SPX等。

 

傳輸層提供可靠的面向連接服務。例如，如果網絡鏈路暫時發(fā)生故障，則面向連接的會話并不立即中止連接，而是試圖保持連接有效直到基礎鏈路重新建立。在會話重新建立后，數(shù)據(jù)從被中斷處繼續(xù)傳輸。

 

9.應用層

 

在協(xié)議棧中最高層運行的應用程序實際上并沒有涉及通信，但是它們確實使用了通信設備并在它們的用戶界面(利用基礎網絡)中實現(xiàn)了功能。應用層的作用是在實現(xiàn)多個系統(tǒng)進程相互通信的同時，完成一系列業(yè)務處理所需的服務。它不僅要提供應用進程所需的信息交換和遠地操作，而且還要作為互相作用的應用進程的用戶代理( User agent)。網絡文件共享服務，如NCP( NetWare核心協(xié)議)、UNIX環(huán)境中的NFS(網絡文件系統(tǒng))或Windows環(huán)境中的SMB (服務器信息塊)都是特意為使用網絡服務而開發(fā)的，這樣用戶可以通過網絡共享文件。

 

應用層是網絡可向最終用戶提供應用服務的唯一窗口，其目的是支持用戶聯(lián)網的應用的要求。由于用戶的要求不同，應用層含有支持不同應用的多種應用實體，提供多種應用服務，如電子郵件、文件傳輸、虛擬終端、電子數(shù)據(jù)交換等。

 

在TCP/IP環(huán)境中，套接API提供了應用程序和基礎網絡服務之間的編程接口。